基于工業(yè)示范的市政污泥熱解炭化機(jī)理研究

周學(xué)坤　景元琢　肖培蒙　孟輝

摘? ?要：市政污泥熱解炭化技術(shù)因其環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)，日益成為國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)推廣的環(huán)保技術(shù)。但由于目前投入產(chǎn)業(yè)化的污泥炭化項(xiàng)目不多，相關(guān)的污泥熱解炭化的研究大多局限于實(shí)驗(yàn)室或中試規(guī)模，雖有一定的指導(dǎo)意義，但與工業(yè)化的大型項(xiàng)目的研究相比，仍缺乏一定的工程準(zhǔn)確性。本文在污泥處理規(guī)模為300t/d（含水率80%）污泥熱解炭化工業(yè)化項(xiàng)目基礎(chǔ)上，對(duì)熱解過(guò)程相關(guān)機(jī)理進(jìn)行了研究，有一定的借鑒和工程指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：熱解? 炭化? 工業(yè)示范

中圖分類(lèi)號(hào)：X705? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098 X （2019）07（a）-0067-03

本文選取天津市青凝候淤泥填埋場(chǎng)的污泥作為研究對(duì)象，以日處理300t污泥（含水率80%）工業(yè)化生產(chǎn)線(xiàn)為研究平臺(tái)，進(jìn)行污泥熱解特性及主要營(yíng)養(yǎng)物遷徙規(guī)律的研究。

1? 污泥炭化項(xiàng)目介紹

天津青凝候污泥填埋場(chǎng)生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目為2017年度世界銀行貸款項(xiàng)目，建設(shè)日處理300t含水率80%污泥的污泥機(jī)械脫水、熱力干化和熱解炭化的生產(chǎn)線(xiàn)一條。該填埋場(chǎng)填埋了天津主城區(qū)過(guò)去10年的主要污水處理廠的剩余污泥，污泥平均含水量為85%左右。污泥挖掘后，先采用高壓壓濾機(jī)在壓榨壓力為2MPa的壓力下進(jìn)行壓濾。壓濾后的污泥含水量為60%左右。壓濾后的泥餅經(jīng)過(guò)炭化系統(tǒng)的余熱進(jìn)行直接接觸干燥，水分降低到30%左右，干燥后的污泥在外熱式炭化爐中被加熱到500℃左右進(jìn)行炭化。

2? 污泥來(lái)源與特性

本次試驗(yàn)研究所選用的污泥為天津市青凝候淤泥填埋場(chǎng)內(nèi)市政污泥，基本性質(zhì)如表1所示。

從表1可以看出，污泥的長(zhǎng)期填埋，并未對(duì)污泥含水率、灰分、揮發(fā)分、固定碳和熱值產(chǎn)生顯著影響，其性質(zhì)與污水處理廠新產(chǎn)生污泥性質(zhì)類(lèi)似。

3? 污泥熱解炭化

3.1 固體產(chǎn)物的特性分析

表2為脫水耦合熱解制備生物炭過(guò)程中固體產(chǎn)物的特性分析結(jié)果，由于熱解過(guò)程中產(chǎn)生了大量富含C、H和N的熱解揮發(fā)分，致使生物炭中的C、H和N含量以及熱值均降低。

第一次炭化后所得生物炭的C含量低的主要原因是炭化爐惰性氣體密封未開(kāi)啟，存在一定的漏氣現(xiàn)象，物料發(fā)生燃燒反應(yīng)。第二次實(shí)驗(yàn)時(shí)啟動(dòng)了惰性氣體密封消除了漏氣現(xiàn)象，C含量有所增加。

研究也發(fā)現(xiàn)，機(jī)械脫水分離液中P與K的含量較低，污泥中的P與K大部分留在熱解炭中。

固體產(chǎn)物的TG/DTG分析曲線(xiàn)如圖5，實(shí)驗(yàn)條件為：60 mL/min的氮?dú)鈿夥蘸?0℃/min升溫速度，升至900℃是維持30min，然后改用60mL/min的空氣燃燒60min。由圖5可以看出，水熱脫水污泥經(jīng)炭化后失重率很低，主要是因?yàn)樘炕^(guò)程中有大量揮發(fā)分產(chǎn)生并隨著熱解氣排出。

3.2 機(jī)械脫水耦合熱解所得污泥生物炭中營(yíng)養(yǎng)元素的分析

圖6所示為產(chǎn)物中P濃度的分析，從圖發(fā)現(xiàn)污泥脫水處理后P主要存在于固體產(chǎn)物中，脫水分離液中的P含量較低。炭化后所得污泥生物炭的P含量再次增高。說(shuō)明P在機(jī)械脫水耦合熱解制備生物炭過(guò)程中主要存在于生物炭中。

圖7所示為產(chǎn)物中K濃度的分析，從圖發(fā)現(xiàn)污泥水熱處理后k也主要存在于固體產(chǎn)物中，水熱分離液中的K含量較P含量有所提高，但是絕大多數(shù)留在固體中。炭化后所得污泥生物炭的K含量與P含量一致，也是再次增高。

4? 結(jié)語(yǔ)

本文以天津市青凝候淤泥填埋場(chǎng)內(nèi)市政污泥為研究對(duì)象，通過(guò)日處理300t市政污泥的熱解炭化處理線(xiàn)，對(duì)污泥熱解過(guò)程中成分變化及主要營(yíng)養(yǎng)物的遷徙規(guī)律進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明，污泥熱解炭化技術(shù)有效的保留了污泥中的固定碳，同時(shí)污泥中的磷和鉀主要營(yíng)養(yǎng)元素幾乎全部保留在污泥炭中，具有良好的再應(yīng)用價(jià)值，為市政污泥的處理提供了一條解決方案。

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